扫描隧道显微镜ppt
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扫描隧道显微镜STMppt课件
世界上第1台扫描隧道显微镜
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为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
世界上第1台扫描隧道显微镜
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为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
TEM 是 通 过 电 子 束透过试件而放大成像 的，电子束穿透材料的 能力不强，故试件必须 做得极薄，加工这种极 薄的试件有相当难度， 故TEM的适用范围有限。
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3.表面轮廓仪 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
用探针对试件表面形貌进行接触测量是一种古老的方法。随着测量技术的提高，现在的测 量表面粗糙度的轮廓仪，分辨率达0.05um以上。为了避免探针尖磨损，用金刚石制造。探针尖 曲率半径在0.05um左右，这就限制了测量分辨率的提高，且测量时针尖有一定力压向试件，容 易划伤试件。
5.场发射形貌描绘仪
场 发 射 原 理 在 1956 年 由 R.Young 提 出 ， 但 直 到 1971 年 R.Young 和 J.Ward才提出了应用场发射原理的形貌描绘仪。它在基本原理和操作上， 是最接近扫瞄隧道显微镜的仪器。探针尖装在顶块上，可由X向和Y向压 电陶瓷驱动，做X向和Y向扫描运动。试件装在下面的Z向压电陶瓷元件上， 由反馈电路控制，保持针尖和试件间的距离。 R.Young使用的针尖曲率 半径为几十纳米，针尖和试件间的距离为100nm。在试件上加正高压后，
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为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
扫描隧道电子显微镜ppt课件
缺点
• 1、在扫描隧道显微镜(STM)的恒电流工作模式下，有时它对样品表面微 粒之间的某些沟槽不能够准确探测，与此相关的分辨率较差。对铂超细 粉末的一个研究实例:铂粒子之间的沟槽被探针扫描过的曲面所盖，在形 貌图上表现得很窄，而铂粒子的粒径却因此而被增大了。在TEM的观测 中则不会出现这种问题。 在恒高度工作方式下，从原理上这种局限性会 有所改善。但只有采用非常尖锐的探针，其针尖半径应远小于粒子之间 的距离，才能避免这种缺陷。在观测超细金属微粒扩散时，这一点显得 尤为重要。
应用与展望
• 扫描隧道电子显微镜的出现为人类认识和改造微观世界提供了 一个极其重要的新型工具。随着实验技术的不断完善,STM 将在 单原子操纵和纳米技术等诸多研究领域中得到越来越广泛的应 用。STM和 SEM 的结合在纳米技术中的应用必将极大地促进纳 米技术不断发展。可预言,在未来科学的发展中,STM 和 SEM 的 结合将渗透到表面科学、材料科学、生命科学等各个科学技术 领域中。
STM的工作模式
•
尽管扫描隧道电子显微镜的构型各不相同, 但都包括有下
述三个主要部分：驱动探针相对于导电试样表面作三维运动的
机械系统(镜体)，用于控制和监视探针与试样之间距离的电子
系统和把测得的数据转换成图像的显示系统。它有两种工作方
式：恒流模式、恒高模式。
STM的工作模式
恒电流模式
• 利用一套电子反馈线路控制隧道电流，使 其保持恒定。再通过计算机系统控制针尖 在样品表面扫描，即是使针尖沿 x、y 两个 方向作二维运动。由于要控制隧道电流不 变,针尖与样品表面之间的局域高度也会保 持不变，因而针尖就会随着样品表面的高 低起伏而作相同的起伏运动，高度的信息 也就由此反映出来。这就是说，扫描隧道 电子显微镜得到了样品表面的三维立体信 息。这种工作方式获取图像信息全面，显 微图象质量高，应用广泛。
扫描隧道显微镜与原子力显微镜原理及应用介绍 ppt课件
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4.STM的应用
“看见”了以前所看不到的东西 STM具有惊人的分辨本领，水平分辨率小于0.1纳米，垂直分辨率小于0.001纳米。 一般来讲，物体在固态下原子之间的距离在零点一到零点几个纳米之间。在扫 描隧道显微镜下，导电物质表面的原子、分子状态清晰可见。
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4.STM的应用
在分子水平上构造电子学器件 一般情况下金属和半导体材料具有正的电导，即流过材料的电流随着所施加的电压的 增大而增加。但在单分子尺度下，由于量子能级与量子隧穿的作用会出现新的物理现 象──负微分电导。中国科技大学的科学家仔细研究了基于C60分子的负微分电导现象。 他们利用STM针尖将吸附在有机分子层表面的C60分子“捡起”，然后再把C60移到另 一个C60分子上方。这时，在针尖与衬底上的C60分子之间加上电压并检测电流，他 们获得了稳定的具有负微分电导效应的量子隧穿结构。这项工作通过对单分子操纵构 筑了一种人工分子器件结构。这类分子器件一旦转化为产品，将可广泛的用于快速开 关、震荡器和锁频电路等方面，这可以极大地提高电子元件的集成度和速度。
1990年，IBM公司的科学家展 示了一项令世人震惊的成果， 他们在金属镍表面用35个惰性 气体原子组成“IBM”三个英文 字母。
世界首例STM原子ppt课操件纵
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4.STM的应用
单分子化学反应已经成为现实 单原子、单分子操纵在化学上是一个极具诱惑力且具有潜在应用 “选键化学”，可 以对分子内的化学键进行选择性的加工。 一个直观的例子是由Park等人完成的，他们将碘代苯分子吸附在Cu单晶表面的原子台 阶处，再利用STM针尖将碘原子从分子中剥离出来，然后用STM针尖将两个苯活性基 团结合到一起形成一个联苯分子，完成了一个完整的化学反应过程。
扫描隧道显微镜(STM)PPT课件
扫描隧道显微镜 (STM)
Scanning Tunneling Microscope
一、简介 二、基本原理 三、STM的结构及关键技术 四、应用
1．表面形貌测量及分辨率 2．逸出功的测量 3. 扫描隧道谱 (STS)
1
五、原子力显微镜（AFM）
1．特点 2．工作原理 3．结构及关键技术
Δ 力传感器 Δ 微悬臂位移检测法 4．应用例举
如s↗ → I↘→ Pz上的电压↗→ Pz伸长 → s↘。 VPz(VPx,VPy)曲线为样品表面三维轮廓线。
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△ XYZ位移器（样品位置细调〕 微小距离移动的精确控制
△ 样品粗调 使针尖与表面的距离，从光学可觉察的距离 (10- 100μm) 调整到100 Å 量级 － Louse 结构 － 精细螺旋机构
△ 防震系统分析 － 使由振动引起的隧道距离变化 0.001 nm (振动：针对重复性、连续的，通常频率在 1－100Hz)
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四、扫描隧道显微镜的应用
1．表面形貌测量及其分辨率 假设样品表面存在陡变台阶，由于针尖半径R有 一定尺寸，针尖的轨迹将有一过渡区δ。δ与 R、 s 和 ko 有如下近似关系：
ΔI/Δs = 2Iko 若I保持不变 则：dI/ds ∝ ko∝φ1/2 工作方式： 扫描中保持I不变，使s有一交流调制， dI/ds 随x,y变化。dI/ds(x,y)平方后即为逸出功象。
3．扫描隧道谱(STS)
在表面的某个位置作I-V 或dI/dV－V，得有特征峰
的STS。在特征峰电压处，保持平均电流不变，使
例: 微杠杆由25μm金箔作成，重量10－10kg fd = 2kHz k = 2×10-2 N/m
因 STM 测的Δz可小至10－3－10－5 nm 则有：F = kΔz
Scanning Tunneling Microscope
一、简介 二、基本原理 三、STM的结构及关键技术 四、应用
1．表面形貌测量及分辨率 2．逸出功的测量 3. 扫描隧道谱 (STS)
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五、原子力显微镜（AFM）
1．特点 2．工作原理 3．结构及关键技术
Δ 力传感器 Δ 微悬臂位移检测法 4．应用例举
如s↗ → I↘→ Pz上的电压↗→ Pz伸长 → s↘。 VPz(VPx,VPy)曲线为样品表面三维轮廓线。
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△ XYZ位移器（样品位置细调〕 微小距离移动的精确控制
△ 样品粗调 使针尖与表面的距离，从光学可觉察的距离 (10- 100μm) 调整到100 Å 量级 － Louse 结构 － 精细螺旋机构
△ 防震系统分析 － 使由振动引起的隧道距离变化 0.001 nm (振动：针对重复性、连续的，通常频率在 1－100Hz)
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四、扫描隧道显微镜的应用
1．表面形貌测量及其分辨率 假设样品表面存在陡变台阶，由于针尖半径R有 一定尺寸，针尖的轨迹将有一过渡区δ。δ与 R、 s 和 ko 有如下近似关系：
ΔI/Δs = 2Iko 若I保持不变 则：dI/ds ∝ ko∝φ1/2 工作方式： 扫描中保持I不变，使s有一交流调制， dI/ds 随x,y变化。dI/ds(x,y)平方后即为逸出功象。
3．扫描隧道谱(STS)
在表面的某个位置作I-V 或dI/dV－V，得有特征峰
的STS。在特征峰电压处，保持平均电流不变，使
例: 微杠杆由25μm金箔作成，重量10－10kg fd = 2kHz k = 2×10-2 N/m
因 STM 测的Δz可小至10－3－10－5 nm 则有：F = kΔz
扫描隧道显微镜ppt
扫描隧道显微镜的工作模式
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恒高模式
在ห้องสมุดไป่ตู้模式下，针尖在固定的高度位置进行扫描 ，适用于表面高度变化较大的样品。
恒力模式
在此模式下，针尖根据表面形貌调整自身高度 ，以保持恒定的力，适用于表面高度变化较小 的样品。
交流模式
在此模式下，针尖与样品之间存在小幅度的振 动，以实现更精确的表面形貌扫描。
01
扫描隧道显微镜（STM）是一种基于量子力学隧道效应的测量技术，它能够直 接探测样品表面的原子结构，具有极高的分辨率和灵敏度。
02
STM技术自1981年被发明以来，已经广泛应用于物理、化学、生物学等各个领 域，成为研究物质表面结构和电子态的重要工具。
03
在过去的几十年中，STM技术不断发展和完善，不仅在实验上取得了许多重要 的成果，如原子操纵、单分子检测等，同时也促进了理论计算和模拟方法的发 展。
扫描隧道显微镜的应用范围
材料科学
用于研究材料表面的微观结构和物理性质，如表 面重构、吸附和脱附等。
生物学
用于研究生物分子和细胞膜的表面结构和功能， 如DNA和蛋白质的微观结构等。
环境科学
用于研究表面污染和环境变化对材料表面的影响 。
03
扫描隧道显微镜的优缺点
扫描隧道显微镜的优点
原子级分辨率
扫描隧道显微镜具有原子级的分辨 率，能够观察和解析材料表面的原 子结构。
分子构造研究
STM可以用于研究分子尺度的构造 和化学键信息，为理解分子性质提 供基础数据。
在生物领域的应用
细胞结构研究
STM可以用于观察细胞表面的结构、分子分布等，为生物医学 研究提供新的视角。
病毒构造研究
STM可以用于解析病毒的原子级别结构，为疫苗研发等提供关 键信息。
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2.STM的原理
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隧道效应 Evaluation only. l 对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低 ted with于前方势垒的高度 Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 V0时，它不可能越过此势 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。 而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透 射系数不等于零，也就是说，粒子可以穿过比 它能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应。
1.STM的发明
1982年，国际商业机器公司(IBM)苏黎世研究所 的Gerd Binnig和Evaluation Heinrich Rohrer 及其同事们成功地研 only. 制出世界上第一台新型的表面分析仪器，即扫描隧道 with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 显微镜 (Scanning Tunneling Microscope) 。 它使人类第一次能够直接观察到物质表面上的单 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 个原子及其排列状态，并能够研究其相关的物理和化 学特性。因此，它对表面物理和化学、材料科学、生 命科学以及微电子技术等研究领域有着十分重大的意 义和广阔的应用前景。 STM的发明被国际科学界公认 为20世纪80年代世界十大科技成就之一；由于这一杰 出成就Binnig和Rohrer获得了1986年诺贝尔物理奖。
ted
5.2
1.STM的发明
Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
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扫描隧道显微镜
物理与电子科学学院 仲明礼
一、引言
• 一、显微镜的发展史 • 人的眼睛不能直接观察到比0.1mm更小的物 体或物质的结构细节。人要想看得到更小 的物质结构，就必须利用工具，这种工具 就是显微镜。 • 第一代显微镜：光学显微镜，极限分辨率 是200纳米。由于光的衍射效应，分辨率受 制于半波长，可见光的最短波长为0.4微 米。
3.2 恒流模式的电子实现
头部系统 电子学控制机箱 计算机 压电陶瓷 扫描管 XY 控制
前置放大器
自动 控制
Z
AD/DA 多功能 卡
并 行 口
步进马达
针尖偏
TTL
马达驱动
3.3 恒流模式的三个重要参数：扫描速度、反馈速度、 • • • • 设定点 3.3.1 反馈的提出和应用 由于运用了反馈技术，使得针尖能够良好地跟 踪样品表面，突破了恒高模式的局限。 3.3.2 扫描速度、反馈速度、设定点三者之间的关 系 扫描速度：在可以接受的速度下，尽可能让扫描 速度慢一些（值越大速度越慢）。 在可以接受的 图像质量下，尽可能让扫描速度快一些。 扫描速度过快，来不及反馈，就有可能出现撞针 现象；扫描速度过慢，一方面等的时间太长难以 承受，另一方面由于漂移现象的存在使针尖漂离 开工作区，从而得不到样品表面图像。
•
STM中针尖对样品 作两维扫描
STM中针尖对样品作两维扫描 距离呈负指数关系
隧道电流与针尖样品表面距离
2、STM恒高模式的产生和局限性
• 2.1 恒高模式
当针尖扫描样品表面时， 记录每点的隧道电流值， 针尖以一个恒定的高度 在样品表面快速地扫描， 检测的是隧道电流经过 处理后得到图像。
恒高模式的局限
4、 STM的优缺点
特点：高分辨率，能够获得表面三维图像，可工作 在大气、真空、溶液环境下，工作温度可以改变， 它的出现使人类第一次能够在三维实空间下观察 单个原子在物质表面的排列状态和表面电子行为 有关的物理及化学性质；STM不仅可以用来观察 原子分子，还可以在超高真空超低温环境下进行 原子操纵。 • 局限：首先，它不能工作在绝缘表面。其次，现 今对STM 的成像理论，尤其对分子的成像理论有 不同解释，因其图像反映的是原子或分子的电子 结构或者是电子云的密度，所以成像的结果，究 竟产生于原子或分子的何种电子轨道，以及分子 与基底间相互作用对成像的影响等，其细节尚有 待于进一步揭示。
•
• 漂移产生原因：应力漂移和热漂移 • 漂移的时间效应：漂移始终存在，扫描时间长一些， 会逐渐趋于稳定 。 • 反馈速度：反馈速度过慢，反馈跟不上，使针尖不 能很好的跟踪样品表面形貌的变化。反馈速度过快， 针尖上下起伏太快容易引起震荡，从而使样品形貌 失真。 • 震荡产生的原因：由于反馈的滞后性而产生，只要 反馈存在就存在。 • 设定点： 设定点值过大，针尖距离样品非常近， 容易出现撞针事故设定点值过小，针尖距离样品太 远，针尖和样品之间的作用力非常小，针尖扫描时 隧道电流的变化非常微弱，样品表面的起伏信息很 难通过电流变化直接反馈出来。Leabharlann 第三代显微镜：扫描探针显微镜。
• 80年代初期，IBM公司苏黎世实验室的G.Binning （宾尼格）和H.Rohrer（罗勒）发明了扫描隧道 显微镜，它的分辨率达到0.01纳米。STM的诞生， 使人类第一次在真实空间观测到了原子，并能够 在超高真空超低温的状态下操纵原子。因为这两 项重大的意义，这两位科学家荣获了1986年的诺 贝尔物理奖。 • 在STM的基础上，又发明了原子力显微镜、磁力 显微镜、近场光学显微镜等等，这些显微镜都统 称扫描探针显微镜。 • 扫描隧道显微镜检测的是隧道电流，原子力显微 镜镜测试的是原子间相互作用力等等。
三、SPM基本结构
• 1、减振系统 • 是仪器有效得到原子图像的必要保证。有效 的振动隔离是STM达到原子分辨率所严格要 求的一个必要条件， STM原子图像的典型起 伏是0.1埃，所以外来振动的干扰必须小于 0.05埃。有两类振动是必须隔离的：振动和冲 击。振动一般是重复性和连续性的，而冲击则 是瞬态变化的，在两者之中，振动隔离是最主 要。通常采用悬吊来隔离振动。
如设定高度太高则分辨率不够，如太低碰到样品表 面较大的突起时容易撞针。
3、STM恒流模式的产生
3.1 恒流模式 针尖在样品表面扫描时，通过反馈 电压不断地调解扫描针尖在竖直方 向的位置以保证隧道电流恒定在某 一预先设定值，既隧道电流保持恒 定。对于电子性质均一的表面，电 流恒定实质上意味着恒定针尖和样 品的距离，因此通过记录针尖在表 面的X-Y方向扫描时的反馈电压可 以得到表面的高度轮廓，从而获得 样品表面形貌特征。经过计算机的 记录和自动计算处理，样品表面的 高度将被精确测定。
第二代显微镜：电子显微镜。
• 1924年，德布罗意提出了微观粒子具有波 粒二象性的假设，后来这种假设得到了实 验证实。 • 物理学家们利用电子在磁场中的运动与光 线在介质中的传播相似的性质，于1933年 发明了电子显微镜。TEM的点分辨率为 0.2~0.5nm，晶格分辨率为0.1~0.2nm，它 的工作环境都要求高真空，并且使用成本 很高，在一定程度上限制了电子显微镜的 发展。
二、扫描探针显微镜（STM）原理及设计思路
• 1、STM的产生 • STM的工作原理是基于量子力学 中的隧道效应。对于经典物理学 来说，当一个粒子的动能低于前 方势垒的高度时，他不可能越过 此势垒，即透射系数等于零，粒 子将完全被弹回。而按照量子力 学的计算，在一般情况下，其透 射系数不等于零，也就是说，粒 子可以穿过比它能量更高的势垒， 这个现象称为隧道效应。隧道效 应是由于粒子的波动性而引起的， 只有在一定的条件下，隧道效应 才会显著。
• 扫描隧道显微镜是将原子线度的极细探针 和被研究物质的表面作为两个电极，当样 品与针尖的距离非常接近 (通常小于 1nm) 时，在外加电场的作用下，电子会穿过两 个电极之间的势垒流向另一电极。由于隧 道电流(纳安级)随距离而剧烈变化，让针 尖 在同一高度扫描材料表面，表面那些 “凸凹不平”的原子所造成的电流变化， 通过计算机处理，便能在显示屏上看到材 料表面三维的原子结构图。STM具有空前 的高分辨率(横向可达0.1nm，纵向可达 0.01nm),它能直接观察到物质表面的原子结 构图，从而把人们带到了纳观世界。
物理与电子科学学院 仲明礼
一、引言
• 一、显微镜的发展史 • 人的眼睛不能直接观察到比0.1mm更小的物 体或物质的结构细节。人要想看得到更小 的物质结构，就必须利用工具，这种工具 就是显微镜。 • 第一代显微镜：光学显微镜，极限分辨率 是200纳米。由于光的衍射效应，分辨率受 制于半波长，可见光的最短波长为0.4微 米。
3.2 恒流模式的电子实现
头部系统 电子学控制机箱 计算机 压电陶瓷 扫描管 XY 控制
前置放大器
自动 控制
Z
AD/DA 多功能 卡
并 行 口
步进马达
针尖偏
TTL
马达驱动
3.3 恒流模式的三个重要参数：扫描速度、反馈速度、 • • • • 设定点 3.3.1 反馈的提出和应用 由于运用了反馈技术，使得针尖能够良好地跟 踪样品表面，突破了恒高模式的局限。 3.3.2 扫描速度、反馈速度、设定点三者之间的关 系 扫描速度：在可以接受的速度下，尽可能让扫描 速度慢一些（值越大速度越慢）。 在可以接受的 图像质量下，尽可能让扫描速度快一些。 扫描速度过快，来不及反馈，就有可能出现撞针 现象；扫描速度过慢，一方面等的时间太长难以 承受，另一方面由于漂移现象的存在使针尖漂离 开工作区，从而得不到样品表面图像。
•
STM中针尖对样品 作两维扫描
STM中针尖对样品作两维扫描 距离呈负指数关系
隧道电流与针尖样品表面距离
2、STM恒高模式的产生和局限性
• 2.1 恒高模式
当针尖扫描样品表面时， 记录每点的隧道电流值， 针尖以一个恒定的高度 在样品表面快速地扫描， 检测的是隧道电流经过 处理后得到图像。
恒高模式的局限
4、 STM的优缺点
特点：高分辨率，能够获得表面三维图像，可工作 在大气、真空、溶液环境下，工作温度可以改变， 它的出现使人类第一次能够在三维实空间下观察 单个原子在物质表面的排列状态和表面电子行为 有关的物理及化学性质；STM不仅可以用来观察 原子分子，还可以在超高真空超低温环境下进行 原子操纵。 • 局限：首先，它不能工作在绝缘表面。其次，现 今对STM 的成像理论，尤其对分子的成像理论有 不同解释，因其图像反映的是原子或分子的电子 结构或者是电子云的密度，所以成像的结果，究 竟产生于原子或分子的何种电子轨道，以及分子 与基底间相互作用对成像的影响等，其细节尚有 待于进一步揭示。
•
• 漂移产生原因：应力漂移和热漂移 • 漂移的时间效应：漂移始终存在，扫描时间长一些， 会逐渐趋于稳定 。 • 反馈速度：反馈速度过慢，反馈跟不上，使针尖不 能很好的跟踪样品表面形貌的变化。反馈速度过快， 针尖上下起伏太快容易引起震荡，从而使样品形貌 失真。 • 震荡产生的原因：由于反馈的滞后性而产生，只要 反馈存在就存在。 • 设定点： 设定点值过大，针尖距离样品非常近， 容易出现撞针事故设定点值过小，针尖距离样品太 远，针尖和样品之间的作用力非常小，针尖扫描时 隧道电流的变化非常微弱，样品表面的起伏信息很 难通过电流变化直接反馈出来。Leabharlann 第三代显微镜：扫描探针显微镜。
• 80年代初期，IBM公司苏黎世实验室的G.Binning （宾尼格）和H.Rohrer（罗勒）发明了扫描隧道 显微镜，它的分辨率达到0.01纳米。STM的诞生， 使人类第一次在真实空间观测到了原子，并能够 在超高真空超低温的状态下操纵原子。因为这两 项重大的意义，这两位科学家荣获了1986年的诺 贝尔物理奖。 • 在STM的基础上，又发明了原子力显微镜、磁力 显微镜、近场光学显微镜等等，这些显微镜都统 称扫描探针显微镜。 • 扫描隧道显微镜检测的是隧道电流，原子力显微 镜镜测试的是原子间相互作用力等等。
三、SPM基本结构
• 1、减振系统 • 是仪器有效得到原子图像的必要保证。有效 的振动隔离是STM达到原子分辨率所严格要 求的一个必要条件， STM原子图像的典型起 伏是0.1埃，所以外来振动的干扰必须小于 0.05埃。有两类振动是必须隔离的：振动和冲 击。振动一般是重复性和连续性的，而冲击则 是瞬态变化的，在两者之中，振动隔离是最主 要。通常采用悬吊来隔离振动。
如设定高度太高则分辨率不够，如太低碰到样品表 面较大的突起时容易撞针。
3、STM恒流模式的产生
3.1 恒流模式 针尖在样品表面扫描时，通过反馈 电压不断地调解扫描针尖在竖直方 向的位置以保证隧道电流恒定在某 一预先设定值，既隧道电流保持恒 定。对于电子性质均一的表面，电 流恒定实质上意味着恒定针尖和样 品的距离，因此通过记录针尖在表 面的X-Y方向扫描时的反馈电压可 以得到表面的高度轮廓，从而获得 样品表面形貌特征。经过计算机的 记录和自动计算处理，样品表面的 高度将被精确测定。
第二代显微镜：电子显微镜。
• 1924年，德布罗意提出了微观粒子具有波 粒二象性的假设，后来这种假设得到了实 验证实。 • 物理学家们利用电子在磁场中的运动与光 线在介质中的传播相似的性质，于1933年 发明了电子显微镜。TEM的点分辨率为 0.2~0.5nm，晶格分辨率为0.1~0.2nm，它 的工作环境都要求高真空，并且使用成本 很高，在一定程度上限制了电子显微镜的 发展。
二、扫描探针显微镜（STM）原理及设计思路
• 1、STM的产生 • STM的工作原理是基于量子力学 中的隧道效应。对于经典物理学 来说，当一个粒子的动能低于前 方势垒的高度时，他不可能越过 此势垒，即透射系数等于零，粒 子将完全被弹回。而按照量子力 学的计算，在一般情况下，其透 射系数不等于零，也就是说，粒 子可以穿过比它能量更高的势垒， 这个现象称为隧道效应。隧道效 应是由于粒子的波动性而引起的， 只有在一定的条件下，隧道效应 才会显著。
• 扫描隧道显微镜是将原子线度的极细探针 和被研究物质的表面作为两个电极，当样 品与针尖的距离非常接近 (通常小于 1nm) 时，在外加电场的作用下，电子会穿过两 个电极之间的势垒流向另一电极。由于隧 道电流(纳安级)随距离而剧烈变化，让针 尖 在同一高度扫描材料表面，表面那些 “凸凹不平”的原子所造成的电流变化， 通过计算机处理，便能在显示屏上看到材 料表面三维的原子结构图。STM具有空前 的高分辨率(横向可达0.1nm，纵向可达 0.01nm),它能直接观察到物质表面的原子结 构图，从而把人们带到了纳观世界。